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专利号: 2022109056505
申请人: 青岛理工大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-06-16
缴费截止日期: 暂无
联系人

摘要:

权利要求书:

1.一种基于互质阵列的近场源位置估计方法,其特征包括:信号源位置信息包括入射角度和距离,入射角度和距离估计包括如下步骤:步骤1:将M个阵元的互质阵列近场源接收数据表示为Y(t)=A(θ,r)s(t)+n(t),其中,表示阵列接收数据, 表示发射信号数据, 表示阵列接收噪声数据,其中,K表示信号源个数,A(θ,r)表示近场信号源模型的流型矩阵,表示为A(θ,r)=[a(θ1,r1),…,a(θK,rK)],θ为信号入射方位角,r为声源距参考阵元的距离,集合Ω表示互质阵列中阵元的索引,Ω=‑ΩC∪ΩC,其中ΩC={M1m2|0≤m2≤(M2‑1)/2}∪{M2m1|0≤m1≤(M1‑

1)/2},M1+M2‑1=M,且M1和M2都是质数, 其中,ωk

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=‑2πdsinθk/λ,φk=πd cosθk/λrk,k=1,…,K,λ表示信号波长,d表示阵元间距离且满足d≤λ/4,θk表示第k个信号入射角度,rk表示第k个信源距参考阵元的距离;

步骤2:求出阵元之间的协方差数据,可以得到其中,Ωm∈Ω;

步骤3:将步骤2中求出所有的R1(‑Ω m,Ω m)写成列向量的形式,可得只含有角度信息,其

中阵列流型矩阵Aω(θ)可以表示为Aω(θ)=[aω(θ1),aω(θ2),…,aω(θK)],阵列方向矢量aω(θk)可以表示为 表示信号的功率, 表示只包含角度信息噪声功率,e1为列向量,其中间位置元素为1,其他元素全为0;

步骤4:将空间区域[‑90°,90°]均匀划分成N份,得到角度网格 将步骤3中的 写成稀疏条件下 其中,pθ表示网格点对应的功率,是实际功率p的零扩展; 离网格情况下的超完备基流型矩阵,进一步表示为其中, 可表示为

1≤n≤N,

δθ表示角度

的网格误差,表示为δθ=[δθ1,δθ2,…,δθN],网格误差满足 表示网格间距,为步骤5:设定目标函数为

满足pθ≥0和 两个条件,其中,

是功率矢量 第l次迭代的估计值,η为正则化参数,ε>0用来确定分数存在性;

步骤6:固定网格误差δθ,对f1(pθ,δθ)式对功率矢量pθ进行求导,令导数求得功率矢量pθ估计值为

步骤7:将估计的功率矢量 带入到目标函数f1(pθ,δθ)中,得到 利用梯度下降原理求出角度网格间距δθ,可表示为 其中,μ1是梯度下降系数;

步骤8:当网格误差满足 的条件或者达到最大迭代次数停止迭代,得到的入射角度估计值为 为步骤7中计算得到的 否则进入步骤6进行循环,直到满足条件;

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步骤9:将近场菲涅尔模型的距离区域[0.62(D/λ) ,2D/λ]均匀划分成V份,其中,D表示阵列孔径,得到距离网格 Γ =[r1,r2,…,rV],得到离网格情况下表达式其中,x(t)表示原始信号s(t)的0扩展, 表示距离离网格情况下的超完备基流型矩阵,泰勒展开表示为其中,

δr表示距离误差矢量,可以

表示为δr=[δr1,δr2,…,δrV],网格误差满足δr∈[‑γ/2,γ/2],γ表示距离网格间距,为γ=r2‑r1;

步骤10:定义目标函数为 利用梯度下降原理求出距离网格误差δr,可表示为 其中,μ2是梯度下降系数;

步骤11:当距离网格误差满足 的条件或者达到最大迭代次数停止迭代,得到的信源距离的估计值 为步骤10中计算得到的 否则进入步骤10进行循环,直到满足上述条件;

步骤12:根据入射角度估计值 和信源距离估计值 可以确定入射信源的具体位置。